La autenticación Iris es una de las tecnologías biométricas utilizadas para verificar la identidad de un individuo.
El tipo de tecnología biométrica que se analiza en este artículo utiliza un parámetro fisiológico : la singularidad del iris . Por el momento, este tipo es una de las formas más efectivas de identificar y autenticar aún más a una persona [1] .
A pesar de que las tecnologías biométricas (en particular, el uso del iris para identificar a una persona) apenas comienzan a ganar popularidad, los primeros descubrimientos en esta área se realizaron a finales de los años treinta del siglo pasado.
En este caso, el iris se considera un parámetro fisiológico : una placa redonda con una lente en el centro, uno de los tres componentes de la membrana vascular (media) del ojo .
El iris se encuentra entre la córnea y el cristalino y actúa como una especie de diafragma natural que regula el flujo de luz hacia el ojo. El iris está pigmentado, y es la cantidad de pigmento lo que determina el color de los ojos de una persona [3] .
En su estructura, el iris consiste en materia elástica - malla trabecular . Esta es una formación de malla que se forma al final del octavo mes de embarazo. La malla trabecular consta de depresiones, soleras pectinadas, surcos, anillos, arrugas, pecas, vasos y otras características. Debido a tantos componentes, el "patrón" de la red es bastante aleatorio, lo que conduce a una alta probabilidad de que el iris sea único. Incluso en gemelos, este parámetro no coincide completamente [4] .
A pesar de que el iris del ojo puede cambiar de color hasta un año y medio desde el momento del nacimiento, el patrón de la malla trabercular permanece invariable a lo largo de la vida de una persona. Se considera una excepción una lesión grave y una intervención quirúrgica [4] .
Por su ubicación, el iris es una parte bastante protegida del órgano de la visión, lo que lo convierte en un excelente parámetro biométrico.
La mayoría de los sistemas y tecnologías actualmente en funcionamiento para la identificación del iris se basan en los principios propuestos por J. Daugman en el artículo “Reconocimiento visual de personas de alta confianza mediante una prueba de independencia estadística” [5] .
El proceso de reconocimiento de personalidad mediante el iris se puede dividir en tres etapas principales: imagen digital, segmentación y parametrización. Cada una de estas etapas se discutirá con más detalle a continuación.
El proceso de autenticación comienza con la obtención de una imagen detallada del ojo de una persona. Intentan hacer una imagen para su posterior análisis en alta calidad, pero esto no es necesario. El iris es un parámetro tan único que incluso una toma borrosa dará un resultado confiable. Para ello, se utiliza una cámara CCD monocromática con iluminación tenue, que es sensible a la radiación infrarroja. Por lo general, se toma una serie de varias fotografías debido a que la pupila es sensible a la luz y cambia constantemente de tamaño. La luz de fondo es discreta y se toma una serie de fotografías en solo unos segundos. Luego, se seleccionan una o más fotos de las fotos recibidas y se procede a la segmentación [6] .
La segmentación es la división de la imagen de la parte externa del ojo en secciones separadas (segmentos). En el proceso de segmentación en la fotografía resultante, en primer lugar, se encuentra el iris, se determina el borde interior (cerca de la pupila ) y el borde exterior (borde con la esclerótica ). Después de eso, se encuentran los bordes de los párpados superior e inferior, y se excluye la aplicación accidental de pestañas o deslumbramiento (de anteojos, por ejemplo) [7] .
La precisión con la que se determinan los bordes del iris, incluso si están parcialmente ocultos por los párpados, es muy importante. Cualquier inexactitud en la detección, el modelado y la representación adicional del iris puede conducir a más fallas e inconsistencias [7] .
Después de definir los límites, la imagen del iris debe normalizarse. Esto no es del todo obvio, pero es un paso necesario para compensar los cambios en el tamaño de la pupila. En casos especiales, la normalización es una transición a un sistema de coordenadas polares . Fue aplicado y descrito en sus primeros trabajos por John Daugman [5] . Después de la normalización utilizando coordenadas pseudopolares, el área seleccionada de la imagen se convierte en un rectángulo y se estiman el radio y el centro del iris [8] .
Durante la parametrización del iris, se aísla un área de control de la imagen normalizada. En cada punto del área seleccionada, se aplican ondas Gabor 2D (se pueden aplicar otros filtros, pero el principio es el mismo) para extraer la información de fase. La ventaja indudable del componente de fase es que, a diferencia de la información de amplitud, no depende del contraste de la imagen y la iluminación [9] .
La fase resultante generalmente se cuantifica en 2 bits, pero se pueden usar otros números. La longitud resultante de la descripción del iris depende, por lo tanto, del número de puntos en los que se encuentra la información de fase y del número de bits necesarios para la codificación. Como resultado, obtenemos una plantilla de iris, que se comparará poco a poco con otras plantillas durante el proceso de autenticación. La medida por la cual se determina el grado de diferencia entre dos iris es la distancia de Hamming [9] .
Algunos países ya han comenzado a desarrollar un programa que incluirá la autenticación biométrica del iris. Está previsto que con la ayuda de esta innovación se resuelva el problema de los pasaportes falsos y otros documentos de identificación. El segundo objetivo es automatizar el paso del control de pasaportes y la inspección aduanera al ingresar al país con la ayuda de pasaportes biométricos [10] .
En el Reino Unido, desde 2004, ha estado operando un proyecto igualmente complejo: IRIS (Iris Recognition Immigration System). Como parte de este programa, alrededor de un millón de turistas extranjeros, que a menudo viajan al Reino Unido, no pudieron presentar sus documentos en los aeropuertos como prueba de identidad. En cambio, una cámara de video especial comparó su iris con una base ya formada. En 2013, este proyecto se abandonó en favor de los pasaportes biométricos, donde también se ingresa información sobre el iris del ojo [10] .
Para que una característica particular de una persona sea reconocida como un parámetro biométrico, debe cumplir con cinco criterios especialmente desarrollados : universalidad, singularidad, constancia, mensurabilidad y aceptabilidad.
La universalidad del iris está fuera de toda duda. También a partir de estudios clínicos reveló su singularidad y estabilidad [11] . En cuanto a la mensurabilidad, este punto se confirma por la mera existencia de artículos y publicaciones de J. Daugman [5] [12] [13] . El último punto, la cuestión de la aceptabilidad, siempre estará abierta, ya que depende de la opinión de la sociedad.
Tabla de comparación de métodos de autenticación biométrica, donde H - Alto, M - Medio, L - Bajo [14] :
| Nombre | universalidad | Unicidad | permanencia | mensurabilidad | Aceptabilidad |
|---|---|---|---|---|---|
| Iris | H | H | H | METRO | L |
| Retina | H | H | METRO | L | L |
| huellas dactilares | METRO | H | H | METRO | METRO |
Por el momento, aún no se ha creado una tecnología biométrica que cumpla plenamente con los cinco puntos. Pero el iris es uno de los pocos parámetros que cumple la mayoría [15] .
En biometría, al calcular la precisión del método , se tienen en cuenta los errores de primer y segundo tipo (FAR y FRR) [16] .
FAR (False Acceptance Rate) - la probabilidad de una falsa aceptación de un objeto.
FRR (False Rejection Rate ) - la probabilidad de un rechazo de objeto falso.
Estos dos conceptos están íntimamente relacionados, ya que la disminución de un error provoca el aumento del otro. Por lo tanto, los desarrolladores de sistemas biométricos están tratando de llegar a algún tipo de equilibrio entre FAR y FRR [17] .
Uno de los métodos para determinar la precisión del sistema, que utiliza errores de primer y segundo tipo, es el método de construcción de curvas ROC .
La curva ROC es una representación gráfica de la relación entre las características FAR y FRR al variar el umbral de sensibilidad (umbral) [18] . El umbral de sensibilidad determina qué tan cerca debe estar la muestra actual de la plantilla para que se considere una coincidencia. Por lo tanto, si se elige un umbral pequeño, entonces aumenta el número de tolerancias falsas, pero disminuye la probabilidad de rechazo de un objeto falso. En consecuencia, al elegir un umbral alto, todo sucede al revés [17] .
A veces se introduce un nuevo parámetro: EER.
EER (Equal Error Rate) es un valor que caracteriza el nivel de errores del método biométrico, en el que los valores FAR y FRR son iguales. Cuanto menor sea este parámetro, más preciso será el sistema. El valor de ERR se conoce utilizando la curva ROC descrita anteriormente [19] .
En cuanto a la precisión, directamente, de la autenticación del iris, el libro "Handbook of Iris Recognition" es una buena fuente . Este artículo describe un experimento que comparó varios tipos de tecnologías biométricas. Según estos estudios, la precisión de la autenticación del iris alcanza el 90 % [20] .
En el curso de otro trabajo, se encontró que el valor de FAR de este método bajo ciertas condiciones puede tomar valores de 1% o menos, y el valor de FRR no cambia y tiende a cero (0.00001%) [21] .
A su vez, los valores de FAR y FRR dependen directamente de los procesos de obtención y procesamiento de la imagen del iris. Los filtros utilizados en el proceso de segmentación juegan un papel importante en esto. En la siguiente tabla, puede ver cómo el cambio de un filtro afecta el resultado final [22] .
Tabla de parámetros FAR(%), FRR(%) y EER(%) según la elección del filtro [22] :
| Nombre | LEJOS(%) | RTF(%) | EER(%) |
|---|---|---|---|
| Filtro Gabor (Gabor) | 0.001 | 0.12 | 0.11 |
| Filtro Daubechies | 0.001 | 2.98 | 0.2687 |
| Filtro Haar (Haar) | 0.0 | 17.75 | 2.9 |
Muy a menudo, las personas confunden parámetros fisiológicos como la retina y el iris. La mayoría de las veces, combinan dos conceptos en uno. Este es un gran error, ya que el método de autenticación retiniana consiste en examinar el fondo de ojo. Debido a la duración de este proceso y al gran tamaño de la instalación, este tipo de autenticación difícilmente puede llamarse pública y conveniente. En esto, la autenticación biométrica retinal pierde frente a la autenticación del iris [23] .